生物圈與生態(tài)系統(tǒng)

第7章生物圈與生態(tài)系統(tǒng)根本要求：掌握生態(tài)系統(tǒng)的反響機(jī)制并能舉例、初步運(yùn)用〔難點(diǎn)〕。掌握人類與生物圈的相互作用、制約關(guān)系。掌握生態(tài)系統(tǒng)的概念，生態(tài)系統(tǒng)的3大組成部分，食物鏈、食物網(wǎng)的概念〔重點(diǎn)〕。根本掌握生態(tài)系統(tǒng)的功能、生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性〔難點(diǎn)〕。根本掌握組成生物圈的生態(tài)系統(tǒng)概念。掌握植被類型的地帶性、干濕度分帶性、垂直地帶性概念。學(xué)會用人對生物圈的依賴關(guān)系來解釋維護(hù)生物圈的重要性〔重點(diǎn)〕。

大氣圈水圈

巖石圈

生物圈生物圈是水圈、巖石圈和大氣圈3圈的交集：第7-1節(jié)生物圈的組成根本要求：根本掌握組成生物圈的生態(tài)系統(tǒng)概念。了解生物分類的根本方法和分類體系。1、物質(zhì)組成：全球生態(tài)系統(tǒng)—組成：有機(jī)界和無機(jī)界〔環(huán)境和生命〕P1472、元素組成P147圖7-13、系統(tǒng)組成P148表7-1：全球生態(tài)系統(tǒng)向次一級生態(tài)系統(tǒng)的分解〔農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)RURALECOSYSTEM-魚塘、稻田、旱地、果林等〕4、生物組成P148-150：4大類由簡單到復(fù)雜的生物：原核微生物、原生生物、后生植物、后生動物。(一)原核〔微〕生物原核微生物的體形微小，通常需借助顯微鏡才干看到。它們是一類來源古老、構(gòu)造簡單的最原始的生物類群。有機(jī)體多為單細(xì)胞的，也有多細(xì)胞集合而成的多細(xì)胞個體。但，其細(xì)胞內(nèi)都沒有明顯的細(xì)胞核。這類生物包括細(xì)菌和藍(lán)藻等。細(xì)菌是自然界分布最廣、數(shù)量最多的一類單細(xì)胞微生物。外形有球狀、桿狀和螺旋狀三類，分別稱為球菌、桿菌和螺旋菌。按獲取營養(yǎng)的方式，細(xì)菌可分為3類：異養(yǎng)、光自養(yǎng)和化學(xué)能自養(yǎng)。其中，絕大多數(shù)細(xì)菌是異養(yǎng)的，細(xì)胞內(nèi)不含有葉綠素和葉綠素體，靠吸收其他的有機(jī)物維持生命活動。藍(lán)藻又稱藍(lán)綠藻，是構(gòu)造簡單的、綠色自養(yǎng)生物。具有很強(qiáng)的順應(yīng)才干。幾乎在一切水體和潮濕環(huán)境中都可發(fā)現(xiàn)藍(lán)藻。例如，冰面、地下深處的熱泉中。(二)原生生物PROTIST/PROTOPHYTE與原核微生物不同，原生生物的細(xì)胞構(gòu)造較完善。由于有了核膜，〔關(guān)鍵是〕細(xì)胞中產(chǎn)生了核，所以，原生生物屬于真核生物。另外，原生生物的有機(jī)體除單細(xì)胞個體外，還有構(gòu)造更為復(fù)雜的多細(xì)胞有機(jī)體。其繁衍方式也不像原核生物那樣主要依托細(xì)胞的直接分裂而增殖。而是經(jīng)過無性生殖和有性生殖來進(jìn)展繁衍。由此來看，從生物進(jìn)化上，原生生物比原核微生物前進(jìn)了一大步。前者為母體產(chǎn)生一種小細(xì)胞，稱為孢子，它可不經(jīng)過結(jié)合而直接發(fā)育成與母體類似的個體；后者那么為母細(xì)胞產(chǎn)生的小細(xì)胞，稱為配子，其必需經(jīng)過成對結(jié)合構(gòu)成合子，或產(chǎn)生精、卵細(xì)胞，并結(jié)合成合子，由合子發(fā)育成新個體〔合子=孢子+配子〕。原生生物包括的主要門類有藻類、真菌、原生動物等。與原核微生物類似，原生生物主要分布在水域環(huán)境，但在陸地潮濕的環(huán)境，尤其是極端的環(huán)境中，原生生物很少。(三)后生植物包括一切的高等植物。有機(jī)體都是多細(xì)胞的，并有根、莖、葉的分化；大部分具有運(yùn)輸水分和營養(yǎng)的輸導(dǎo)組織維管束〔VASCULARBUNDLE〕，部分沒有VASCULARBUNDLE，如苔蘚、地衣。另外，后生植物的生殖器官是多細(xì)胞的，精卵結(jié)合產(chǎn)生的合子在雌性生殖器官中發(fā)育，并遭到良好的維護(hù)。一切這些特征保證和加強(qiáng)了后生植物對環(huán)境的順應(yīng)性。根據(jù)演化方向和營養(yǎng)體構(gòu)造的差別，后生植物又可分為：苔蘚植物和維管植物。苔蘚植物是后生植物比較原始的類型，多分布于陸地的潮濕陰暗的地方。其個體很小，沒有維管束組織，高度多在l0cm左右以下，有莖、葉的分化，但無真根。維管植物，最大特征是體內(nèi)有維管束組織和根、莖、葉的分化。從而，提高了輸導(dǎo)水分和營養(yǎng)的效率，并具有高效的光協(xié)作用機(jī)能。維管植物是后生植物中一個最大的類群，又分為3類：蕨類植物(Pteridophyte/Brake/Fern)、裸子植物(Gymnosperm)和被子植物(Angiosperm)。(四)后生動物多細(xì)胞生物。多個細(xì)胞因生理功能的不同，分化并構(gòu)成組織；許多組織進(jìn)一步構(gòu)成具有一定功能的器官和器官系統(tǒng)，如呼吸、消化、運(yùn)動系統(tǒng)。其構(gòu)造、構(gòu)造非常復(fù)雜。尤其是在生存進(jìn)化中不斷構(gòu)成和完善的運(yùn)動系統(tǒng)是后生動物的一個重要特征。功能：尋食、逃避撲食者及尋求配偶。一切的后生動物都是異養(yǎng)的，根據(jù)性食可分為4類：食草、食肉、雜食、食腐。還有寄生的。除此之外，種類繁多，形體構(gòu)造和進(jìn)化程度差別極大是另一重要特征。因此，也被劃分出許多門類，如海綿動物門、腔腸動物門、棘皮動物門、脊索動物門等等。其中以節(jié)肢動物門中的昆蟲種類最多，約有80~100萬種，廣泛分布于陸地上或水域中。第7-2節(jié)生物圈的構(gòu)造根本要求：了解生物的地域分異概念和在地球表層系統(tǒng)的分布規(guī)律。掌握植被類型的地帶性、干濕度分帶性、垂直地帶性概念。1、生物量的垂直準(zhǔn)正態(tài)分布構(gòu)造：P105-152圖7-2、7-3正態(tài)分布曲線2、程度方向上根本延續(xù)，但生物量不均勻：P152表7-1不同生態(tài)系統(tǒng)生物量的宏大差別3、組成上的多級嵌套構(gòu)造P152-153、P20、P148：系統(tǒng)組成的多級性4、生物圈的構(gòu)造特征：P153親巖性等5個特征5、生物圈的內(nèi)部分異與區(qū)系性P154的5個方面生物在地球上的分布，不僅占有寬廣的程度空間，而且還在垂直方向上有一定的延伸，因此生物圈是個立體的圈層。1、生物量的垂直準(zhǔn)正態(tài)分布構(gòu)造：P105-152圖7-2、7-3正態(tài)分布曲線一、垂直準(zhǔn)正態(tài)分布式構(gòu)造從生物圈的垂直構(gòu)造來看，具有垂直準(zhǔn)正態(tài)分布式構(gòu)造的特征?！菜^垂直準(zhǔn)正態(tài)分布，是指在垂直方向上，集中分布在某一范圍內(nèi)，而向上和向下都逐漸減小?！成镌诘厍蛏系姆植?，具準(zhǔn)正態(tài)分布的特征，即：生物集中分布在平均海平面附近。從海平面向上或者向下隨高度或深度的增大，生物的種類和數(shù)量依次減少。在海洋，隨深度增大，生物種類與數(shù)量逐漸減少。在大陸架，年平均凈初級消費(fèi)率為360g/m2，而在深海盆地，Annualnetprimaryproducingrate只需125g/m2。闡明，由淺海到深海，生物消費(fèi)率降低。魚類也是如此。水深0~200m的淺海區(qū)，魚類非常豐富。在我國九就有1500種以上，印尼群島海區(qū)有2000多種；而在200~1000m深度，魚類數(shù)量減少為850種；1000~4000m，減少到150種；5000m以下，目前只發(fā)現(xiàn)幾種；10,000m以下更為稀少。這闡明生物種類與數(shù)量有隨離海平面間隔的增大逐漸減少的規(guī)律。在陸地上，生物的種類與數(shù)量隨高度的添加而減少。生物大多都生活在地面上，很少的生物生活在空中。根據(jù)陸地面積隨高度的變化(圖7-2)可知，51.6%的陸地分布在海拔0~500m之間，71%的陸地分布在海拔0~1000m之間，隨著海拔高度的增大，陸地面積顯著減小，1000~2000m之間的陸地只占15.2%，2000~3000m之間只需7.5%，3000~4000m為3.9%，4000~5000m之間的陸地為l.5%，5000m以上的陸地只需0.3%。從陸地面積的分布可以推知，陸地上生物集中分布于低海拔的范圍內(nèi)，隨著海拔高度的增大，生物的種類與數(shù)量應(yīng)該逐漸減少。從山地生物垂直地帶的分布也可以看出。普通來說，隨著海拔高度的增大，植被逐漸由森林變?yōu)楣鄥?、草甸，最后變?yōu)閮鲈?。森林是凈初級消費(fèi)率Netprimaryproducingrate最大，生物種類和生物量〔Biomass〕最大的生物群落；而凍原生物群落的凈初級消費(fèi)率、生物種類和生物量最??；灌叢、草甸(Grassymarshland)群落的Netprimaryproducingrate\Speciesdiversity\Biomass都居于前兩者之間。因此，綜上所述，可以用圖7-3簡化的圖式來表示生物圈的垂直構(gòu)造。從整體上看，接近正態(tài)分布，可以稱之為準(zhǔn)正態(tài)分布。2、程度延續(xù)不均勻構(gòu)造生物的程度分布具有延續(xù)性和不均勻性兩個特征。延續(xù)性是指地表任一地方都有生物分布，是延續(xù)的。雖然極端干旱的沙漠和在極端冰冷的極地地域，生物稀少，但依然有生物的存在?？梢哉f，生物圈是個延續(xù)的圈層。但生物圈又是一個不均勻的圈層，生物在地表的分布極其不均勻。表7-2，生物的凈初級消費(fèi)率和生物量，陸地高于海洋，森林高于沙漠等等。3、組成上的多級嵌套構(gòu)造P152-153、P20、P148、下頁圖示：系統(tǒng)組成的多級性。4、構(gòu)造特性上面討論了生物圈的構(gòu)造特征：垂直準(zhǔn)正態(tài)分布式構(gòu)造、程度延續(xù)不均勻構(gòu)造和多級鑲嵌構(gòu)造。經(jīng)過對生物圈構(gòu)造的分析，可以總結(jié)出生物圈的構(gòu)造特性：親巖性、親水性、親氣性、親光性、溫控性。水圈河流海洋湖泊冰川海溝海岸帶海嶺大陸裙大陸坡大陸架沙灘瀉湖潮灘4、構(gòu)造特性1〕．親巖性陸地生物量與消費(fèi)率大于海洋，近地面生物量與消費(fèi)率大于高空，近岸海域生物量與消費(fèi)率大于遠(yuǎn)離陸地的大洋，闡明生物圈構(gòu)造上的親巖性。反映了巖石圈對于生物圈的重要影響：是生物的支撐，是生物營養(yǎng)物質(zhì)的來源。2〕．親水性潮濕地域的生物量與消費(fèi)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于干旱地域(圖7-4)，沿海地域的生物量與消費(fèi)率大于內(nèi)陸地域，闡明生物圈構(gòu)造上的親水性，反映了水圈對于生物圈的重要影響。3〕．親氣性生物圈的垂直準(zhǔn)正態(tài)分布構(gòu)造，在一定程度上反映了生物圈構(gòu)造上的親氣性，由于海平面附近空氣最充足，向高空、向地下和水下，空氣都變得稀薄。4〕．親光性生物量和生物消費(fèi)率，地表大于地下，海面大于水下，在一定程度上反映了生物圈構(gòu)造上的親光性，由于地表的光強(qiáng)大于地下、水下，水深或者埋深越大光強(qiáng)越小。親光性反映了太陽輻射對于生物生長發(fā)育的重要性：生物的消費(fèi)率的高低，取決于光協(xié)作用的強(qiáng)弱。沒有光，生物就無法進(jìn)展光協(xié)作用，也就沒有生物的消費(fèi)，更談不上生物量的多少了。5．溫控性溫控性是指生物圈的構(gòu)造特征遭到溫度分布控制的性質(zhì)。赤道、熱帶地域的生物量與消費(fèi)率大于極地冰冷地域，闡明生物圈構(gòu)造上的溫控性，反映了溫度或者熱量對于生物的影響。生物的地帶性分布規(guī)律，就很好地闡明了這一性質(zhì)。5、生物圈的內(nèi)部分異與區(qū)系性生物的地域分異與區(qū)系性，在一定程度上反映了生物圈的構(gòu)造特征。因此有必要對其進(jìn)展論述。生物的分布具有地域分界的特點(diǎn)。所謂地域分異，是指地球上的動、植物隨著自然環(huán)境的空間地理變化，而產(chǎn)生一定的地理格局，構(gòu)成不同的動植物區(qū)域。這些區(qū)域單位與自然地理環(huán)境的地域分異是相互順應(yīng)的。生物是自然地理環(huán)境組分之一，它們在地球外表上的分布，一方面受現(xiàn)代生態(tài)條件的制約，與自然地理環(huán)境相順應(yīng)而表現(xiàn)出地帶性和非地帶性特征;另一方面，又受區(qū)系演化歷史的影響，與生物的系統(tǒng)演化和地史變化相順應(yīng)，而具有區(qū)系性特征。1〕．地帶性Zonality地帶性，即緯度地帶性。是指地球上生物的分布，大致呈帶狀沿緯線方向延伸，按緯度方向有規(guī)律地變化。生物的這種地帶性分異規(guī)律，是由于太陽輻射隨緯度的梯度變化，51起氣候(溫度、降水)呈帶狀分布，從而使動、植物也相應(yīng)地呈帶狀分布。在水分充足的條件下，從赤道向極地應(yīng)該依次分布著熱帶雨林、亞熱帶常綠闊葉林、溫帶落葉闊葉林、寒溫帶針葉林、寒帶凍原和極地荒漠(圖7-5)。2〕.干濕度分帶性ZonalityoftheMoisture/Humidity由于距海遠(yuǎn)近等引起的水分條件的不同，從而使動植物分布由沿海向內(nèi)陸依次發(fā)生變化，稱為干濕度帶性。這在中緯度大陸東部表現(xiàn)得最明顯(圖7-5)。例如，我國東部地域由沿海向內(nèi)陸依次分布著潮濕的森林生物群、半潮濕的森林草原生物群、半干旱的草原生物群和干旱的荒漠生物群等3〕．垂直帶性Vertical(Horizontal)Zonality垂直帶性是指生物分布隨山地海拔高度的升高而發(fā)生規(guī)律性的交替的景象。山地地勢是構(gòu)成垂直帶的前提。山地氣候條件隨著海拔高度發(fā)生變化，是構(gòu)成垂直帶的直接緣由。由于地勢抬高，氣候等發(fā)生垂直變化，從而使生物也隨之發(fā)生相應(yīng)的垂直變化。例如，喜馬拉雅山南坡，通?？煞譃樗膫€垂直帶且600~2500m為常綠闊葉林，2500~3100m為針闊葉混交林，3100~4000m為針葉林，4000~4500m以上為灌叢草甸帶。垂直帶既受地帶性要素制約，又受非地帶性要素影響，是兩者派生的區(qū)域性分異規(guī)律。在水分充足的情況下，植被垂直帶譜與程度帶譜存在著一定的對應(yīng)關(guān)系(圖7-6)。4〕．地方性LocalZonality地方性是生物在部分地域的分異規(guī)律。在一定區(qū)域內(nèi)，由于自然條件的部分差別，特別是地形的垂直分化，基巖及地面組成物質(zhì)不同以及地方氣候的差別，引起土壤和生物群落發(fā)生變化。5〕區(qū)系性Regionalzonality(Regionality)：生物地域分異與區(qū)系性〔區(qū)系性的定義見P155最后一行〕區(qū)系性，是指不同的生物，在漫長的歷史演化過程中，在一定的地理環(huán)境中，由于自然條件一致，在同一分布區(qū)構(gòu)成的組分一樣的、具有本身特征的生物區(qū)系。區(qū)系性反映生物之間的親緣關(guān)系和系統(tǒng)發(fā)育的一致性和地理區(qū)域的相對獨(dú)立|隔離情況。P156及157圖7-7全球6大區(qū)系：全北區(qū)、古熱帶區(qū)、新熱帶區(qū)、好望角區(qū)、澳大利亞區(qū)、南極區(qū)。全北區(qū)、古熱帶區(qū)、新熱帶區(qū)、好望角區(qū)、澳大利亞區(qū)、南極區(qū)的主要特征：A、全北區(qū)的主要特征：面積最大〔包括歐亞、北非和北美大陸〕。來源于第三紀(jì)(theTertiaryPeriod).其主要植被類型為：亞熱帶常綠闊葉林SUBTROPICALEVER-GREEN/INDECIDUOUSTREES/FOREST；溫帶闊葉落葉林TEMPERATEDECIDUOUSTREES/FOREST；寒溫帶針葉林FRIGIDTEMPERATEZONECONIFEROUSTREES/FOREST；B、古熱帶區(qū)的主要特征：第二大植物區(qū)系〔指面積〕；種類最多45,000種〔目前發(fā)現(xiàn)并定名的〕。主要由熱帶雨林、季雨林SEASONALRAINFOREST、〔熱帶〕稀樹草原SAVANNA〔H〕組成。季節(jié)變化很小為特征。C、新熱帶區(qū)的主要特征：與古熱帶區(qū)的來源一致，種類很多，僅巴西就有40,000多種〔目前發(fā)現(xiàn)并定名的〕。主要由熱帶雨林、季雨林組成。是許多熱帶植物的來源地。D、好望角區(qū)〔開普區(qū)theCape\theCapeofGoodHope)的主要特征：最小的區(qū)系。以常綠硬葉灌木為主。6000多種。E、澳大利亞區(qū)的主要特征：特有種、屬最多，如僅桉屬就有目前發(fā)現(xiàn)并定名的342種。演化具高度的獨(dú)立性。F、南極區(qū)的主要特征：種類單調(diào)為根本特征。但特有景象顯著。分布在S40o以南。植物分類：界、門、綱、目、科、屬、種Kingdom\phylum\class\order\family\genus\species。第7-3節(jié)生物圈的構(gòu)成和演化根本要求：了解生物圈構(gòu)成的過程和生命的來源。1、解釋生命來源3大階段P158-1592、解釋生物圈的構(gòu)成過程〔2個方面〕，將地質(zhì)時代聯(lián)絡(luò)起來P159-160第7-4節(jié)生態(tài)系統(tǒng)根本要求：掌握生態(tài)系統(tǒng)的概念，生態(tài)系統(tǒng)的3大組成部分，食物鏈、食物網(wǎng)的概念。根本掌握生態(tài)系統(tǒng)的功能、生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。掌握生態(tài)系統(tǒng)的反響機(jī)制并能舉例、初步運(yùn)用。第7-4節(jié)生態(tài)系統(tǒng)1、生態(tài)系統(tǒng)的根本概念：P160-1612、生態(tài)系統(tǒng)的組成：詳細(xì)解釋生物與非生物P161-162及P161圖7-83、生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)造：1〕營養(yǎng)級〔3-5級〕P163及圖7-9；2〕食物鏈和食物網(wǎng)〔圖7-9〕；3〕生物放大作用-毒素的積累〔圖7-10〕4、生態(tài)系統(tǒng)的功能P164